仿生水下航行器的設(shè)計分析

曾思遠，王煜天

(1.吉林大學機械科學與工程學院工業(yè)工程系，吉林 長春 130000；2.長春理工大學機電工程學院，吉林 長春 130000)

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仿生水下航行器的設(shè)計分析

曾思遠1，王煜天2

(1.吉林大學機械科學與工程學院工業(yè)工程系，吉林 長春 130000；2.長春理工大學機電工程學院，吉林 長春 130000)

摘要：面對海洋探測等領(lǐng)域?qū)λ潞叫衅鞯钠惹行枨螅疚膶Ξ斍八潞叫衅鞯默F(xiàn)狀和分類進行了分析，在此基礎(chǔ)上結(jié)合仿生學方法，以水下鯨目動物為模板，設(shè)計建立了仿生水下航行器三維模型，基于流體動力學仿真軟件對航行器機身與關(guān)鍵結(jié)合部位的壓強、流線分布等力學特性進行了分析研究，研究工作對水下航行器設(shè)計優(yōu)化具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：海洋探測；水下航行器；仿生設(shè)計；流體分析

1引言

隨著人類對海洋探索的不斷深入，水下航行器作為人類認識海洋、監(jiān)測海洋、管理海洋的重要途徑，相關(guān)研究愈發(fā)受到國內(nèi)外關(guān)注[1]。

典型的水下航行器分為自主航行器(AUV)和遙控航行器(ROV)兩類[1-2]。其中，AUV不需人操縱，能相對長距離地工作，而ROV是通過連接于水面指揮船的纜繩提供動力和遙控操縱的。通過模擬自然界中生物的結(jié)構(gòu)、功能來改進工程系統(tǒng)的設(shè)計，一直是國內(nèi)外水下航行器研究的熱點。魚類作為水下生物，具有優(yōu)異的水動力學特性。基于魚類結(jié)構(gòu)開展水下機器人仿生設(shè)計分析，對其改善減阻、降噪特性，具有重要的理論意義和應(yīng)用價值[2--4]。

2CFD模擬湍流模型

根據(jù)相對運動原理，可視水下載具的流體外形為靜止，水流以速度-U0流向載具體。……